بخشی از مقاله
چکیده
نیاز به تامین آب شیرین شهری، در بسیاری از مناطق جهان به یک بحران تبدیل شده است .جوامع غربی از منابع آب شور استفاده می کنند تا منابع آبی خود را افزایش دهند .ایران نیز از جمله کشورهایی است کاه در منطقه ای خشک و نیمه خشک واقع گردیده و در برخی از نقاط کشور در زمینه تأمین آب مورد نیاز، مشکلات وسیعی وجود داشته است .در ایران بررسی از روش ZLDبه منظور ماکزیمم کردن درصد آب بازیافتی توسط غشاء نمک زدا و مینیمم کردن ظرفیت مورد نیاز در نمک زدایی حرارتی و حوضچه تبخیر استفاده شده است .
این تحقیق با برداشت و آزمایش روی نمونه پساب سیستم RO درشهر ایلام طی مراحلی شامل :جمع آوری و تجزیه و تحلیل اولیه داده های کیفی آب، آزمایش در مقیا س آزمایشگاه، بررسی فرآیند با استفاده از نتایج آزمون برای اجرا در Pilot Scale انجام شد .
آزمایش در مقیاس آزمایشگاه نیز شامل تست های رسوب دهی شیمیایی با هیدروکسید سدیم و یا آهک، بستر شناور کریستالی با دانه های کلسیم کربنات، رسوب دهی شیمیایی با آلوم، بستر شناور کریستالی همراه با افزایش آلوم،بستر شناور کریستالی و سپس رسوب دهی شیمیایی با آلوم و در نهایات بستر شناور کریستالی همراه با افزایش سدیم آلومینات بود .انتخاب روش مناسب برای تصفیه بستگی به کارایی آن روش، در حذف عناصر بحرانی و محدود کننده از جمله کلسیم، سیلیکا و باریم داشت . بنابراین بر اساس آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه و ارزیابی این آزمایشات، بستر شناور کریستالی با اضافه کردن سدیم آلومینات برای اجرا در Pilot Scale انتخاب شد.
-1 مقدمه
نیاز به تامین آب شیرین شهری، در بسیاری از مناطق جهان به یک بحران تبدیل شده است .به طوری که جوامع بشری تلاش می کنند رشد سریع نیاز آبی را با منابع محدود آب شیرین مطابقت دهند .ایران نیز از جمله کشورهایی است که در منطقه ای خشک و نیمه خشک واقع گردیده و در برخی از نقاط کشور به ویژه نواحی جنوبی و جنوب شرقی در زمینه تأمین آب مورد نیاز، مشکلات وسیعی وجود داشته است .
بسیاری از جوامع شهری، برای حفظ یا بهبود منابع آب موجود، نیاز به شیرین نمودن آب دارند .شوری منابع آب شرب، در بسیاری از مناطق کم آب، توسط فعالیت های انسان، استفاده های مکرر و خشکسالی افزایش می یابد .افزایش میزان شوری، باعث خسارت اقتصادی به زیر ساخت ها و صنعت می شود. [2] لزوم برنامه ریزی و مدیریت تأمین نیاز آبی از یک طرف محدودیت منابع آب شیرین در دسترس از طرف دیگر، بهره گیری از منابع غیرمتعارف موجود همچون منابع آب های شور و لب شور را در کانون توجه کلیه مدیران و کارشناسان قرارمی دهد .در این راستا، شهرها و مناطقی که با کمبود منابع آب شیرین سطحی و زیرزمینی مواجه بوده و عمدتا در کنار دریاها و یا روی سفره های آب شور و یا لب شور قرار دارند، بایستی جهت تأمین آب مورد نیازشان از این منابع حداکثر استفاده را نمایند .
بنابراین از بین روش های مختلف تصفیه آب،" تکنولوژی تصفیه و شیرین کردن آب 1"، نقش مهمی را درتأمین آب مطمئن، مناسب و کافی ایفا می کند .[ 3 ]از طرف دیگر از بین روش های شیرین نمودن آب که امروزه استفاده می شوند، اسمز معکوس 2 بیشتر مورد قبول واقع شده است .اسمز معکوس - - RO یک روش پیشرفته تصفیه آب است .شیرین نمودن آب شور توسط RO به دو قسمت منجرمی شود :یک قسمت آب شیرین شده و قسمت دیگر آب شور با غلظت بالا.غلظت جریان قسمت دوم به طور عمده15تا 30 درصد از جریان تغذیه شده سیستم RO است.قسمت خروجی شور بایستی مدیریت شود، زیرا مصرف آن به ویژه برای نواحی شهری مشکل است و همچنین این مساله موجب شده تا از طریق روش های مختلف، بار آلودگی پساب وارد شده به محیط را کاهش داد .گزینه های معمول امروزه برای مدیریت خروجی شور، شامل، تخلیه به آب سطحی، تزریق در چاه های عمیق، استفاده برای مصارف عمومی، استفاده ازسیستم های بدون پساب - 3 - ZLDاست .نیاز به حفظ منابع آب سطحی و زیر زمینی در بسیاری موارد، ممکن است مانع ازمصرف آب تغلیظ شده به یکی از سه روش یاد شده گردد .بنابراین یک روش مناسب ZLD است .در ZLD ، مواد تغلیظ شده با فرآورده آب شیرین و اصل نمک خشک تعویض می شود .در نتیجه این فرآیند، هیچ مایع بی مصرفی برای تخلیه وجودندارد.
. 2 خط مشی پروژه
طرح کلی تکنولوژی ارزیابی شده در این تحقیق، در شکل 1 نشاان داده شده اسات .این طرح سیستم RO اولیه را نشان می دهد، که مرحله میانی تغلیظ، سیستم RO ثانویه، تغلیظ گر آب شور و حوضچه تبخیر را دنبال می کند .در این سیستم، غشاء ROاز طریق پس زدن درصدد زیادی از نمک نامحلول در طول بازیافت آب، در زمانی که به آب اجازه عبور از درون غشاء داده می شود، آن را نمک زیادی می کند .
آبی که از میان غشاء عبور می کند، به عنوان محصول آب بازیافت شده و کسری از کل جریان آب بازیافتی سیستم RO تعریف می شود، این در حالی است که آب موجود در غشاء به تدریج تغلیظ شده و توسط نمک های محلولی مثال کلسیم کربنات - - CaCo3 ،کلسیم سولفات CaSo4 - - و باریم سولفات - - BaSo4 فوق اشباع می گردد . وقتی که این محلول به اندازه کافی فوق اشباع شد، نمک رسوب نموده و بر سطح غشاء ته نشین می شود.
شکل 1 -طرح شماتیک شیرین نمودن آب با روش Zero Liquid Discharge
ته نشینی این رسوبات غیرآلی بر روی سطح غشاء میزان نفوذپذیری غشاء را کاهش می دهد .بعد از بازیافت، مواد تغلیظ حاصل از RO اولیه به منظور کاهش غلظت نمک های محلول، وارد مرحله تغلیظ میانی می شود و بعد از آن RO ثانویه را داریم که مواد غلیظ حاصل از آن وارد تغلیظ کننده آب شور شده، و نمک زدایی حرارتی انجام می شود .این تغلیظ کننده تقریبا % 51از مواد حاصل از RO ثانویه را با TDS خیلی پایین، بازیافت می کند .حجم باقیمانده از مواد تغلیظ شده، که توسط تغلیظ کننده آب شور بازیافت نمی شود، به حوضچه تبخیر تخلیه می شود .بنابراین هیچ پسماندی اخراج نمی گردد.از این رومراحل کلی ZLD شامل:
.1نمک زدایی از آب با سیستم RO اولیه
.2عملیات تغلیظ میانی
.3نمک زدایی از مواد تغلیظ شده با سیستم RO ثانویه است.
گزینه های متنوعی وجود دارد که به مراحل میانی تغلیظ اشاره می کند، که شامل مراحل جذب سطحی، رسوب شیمیایی، تبادل یونی و هر فرآیند ترکیبی دیگر است .احتیاجات شیمیایی، حجم و نو جامد و مایع تولید شده و مدیریت این تولیدات به شدت تحت تأثیر انتخاب و بهینه سازی مرحله تغلیظ میانی بوده و بنابراین میزان هزینه در این مرحله محدوده وسیعی دارد.
3 .مواد و روش ها
این تحقیق با برداشت و آزمایش روی نمونه پساب واحد آب شیرین کن - اسمز معکوس - شهر ایلام ، طی مراحل زیر انجام شد و نتایج و یافته های هر مرحله به منظور توسعه مراحل بعدی آن مورد استفاده قرار گرفت .همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است فرآیند تجزیه و تحلیل مقدماتی به ترتیب مراحل زیر انجام شد:
-1 کیفیت آب بازیابی شده و پساب غلیظ برای سیستم اسمز معکوس اولیه تعیین گردید .
-2 برای شناسایی املاح بحرانی که بازیافت اسمز معکوس را محدود می کنند پساب غلیظ اسمز معکوس اولیه مورد بررسی قرار گرفت.
-3غلظت اجزاء نمک های بحرانی که در هر مرحله کاهش یافته بود و اثر هر مرحله در بازیافت اسمز معکوس ثانویه مورد بررسی قرار گرفت.
- 4 برای ترکیب سیستم اسمز معکوس اولیه و ثانویه، میزان بازیافت کل سیستم اسمز معکوس محاسبه گردید.
-5 تکرار مراحل 3 و 4 انجام شد تا بازیافت کل اسمز معکوس به میزان رضایت بخش رسید .در این مرحله، غلظت مرحله3 به عنوان اهداف تصفیه پساب غلیظ اسمز معکوس اولیه در نظر گرفته شد.
شکل 2: فرآیند های اولیه آنالیز
4 .آزمون در مقیاس آزمایشگاهی
برای ارزیابی فرآیندهای جایگزین جهت مرحله تصفیه پساب غلیظ میانی، آزمایشاتی در مقیاس آزمایشگاه انجام شد .که این فرآیندهای تصفیه به منظور ارزیابی به شرح زیر هستند 1 :رسوب دهی شیمیایی با هیدروکسید سدیم - NaOH - و یا آهک - -2 Ca - OH - 2بستر شناور کریستالی - -3 4 - FBC رسوب دهی شیمیایی با آلوم -4 - Al2 - SO4 - 3 · 16-18 H2O 4 - بستر شناور کریستالی همراه با افزایش آلوم -5 بستر شناور کریستالی و به دنبال آن رسوب دهی شیمیایی با آلوم 6 -بستر شناور کریستالی همراه با افزایش سدیم آلومینات -
1.4حذف کلسیم
چندین آزمایش در طول آنالیزهای آزمایشگاهی برای حذف کلسیم مورد استفاده قرار گرفت .رسوب شیمیایی به وسیله آهک و NaOH و همچنین بستر شناور کریستالی برای این هدف انجام شد .بررسی پژوهشگران و تئوری رسوب نشان می دهد که رسوب یک نمک مستلزم حالت فوق اشباع آن محلول در حضور ذرات جامد از همان نمک است .گزینه های مختلفی برای تماس ذرات جامد با نمک موجود در یک محلول برای نرم سازی وجود دارد که در این پژوهش تماس ذرات جامد با نمک محلول از طریق بستری از کریستال های CaCO3 انجام شد
1.1.4 .حذف کلسیم در بستر شناور کریستالی
بستر شناور کریستالی در روش ZLD به عنوان یک گزینه اصلی در تصفیه مواد غلیظ مطرح می شود و پژوهش های انجام شده نیز بر اثر بازدارندگی آنتی اسکالانت ها بر رشد کریستال ها اشاره دارند .همان طور که گفته شد رسوب شیمیایی و بسترشناور کریستالی برای حذف کلسیم و سیلیکا در این پژوهش استفاده شدند .آزمایش بستر شناور کریستالی با زمان تماس2 دقیقه برای شبیه سازی کردن میزان بار هیدرولیکی بالا و زمان کوتاه بازدارندگی هیدرولیکی در کاربردهای طبیعی و آزمایشات رسوب شیمیایی با زمان تماس بیشتر برای تشکیل لخته 5 انجام شد . NaOHبرای تنظیم pH در همه آزمایشات واز دوزهای مختلف آن برای مقایسه آزمایشات مختلف استفاده شد .
نتایج بستر شناور کریستالی و رسوب شیمیایی در شکل3 با هم مقایسه شده اند . در این شکل درصد کلسیم باقیمانده در مقابل دوز مصرفی NaOHرسم شده است کلسیم به طورمؤثری در آزمایش بستر شناور کریستالی با زمان تماس کم و دوز NaOH کمتری نسبت به آزمایش رسوب شیمیایی حذف شد .با mg/L 100 از NaOHدر آزمایش رسوب شیمیایی حدود % 46 کلسیم و در بستر شناور کریستالی با همان مقدار NaOH، در حدود %90کلسیم باقی ماند و با mg/L 300 از NaOH در آزمایش رسوب شیمیایی و بستر شناور کریستالی به ترتیب % 26 وتقریبا 4 %کلسیم باقی ماند .
مقایسه این دو آزمایش نشان می دهد که تفاوت در غلظت های کلسیم در دوزهای کم NaOH در آزمایش رسوب شیمیایی بیشتر است ولی با افزایش میزان NaOHکاهش می یابد و دلیل آن به این خاطراست که حالت فوق اشباع در بستر شناور کریستالی کافی ولی برای واکنش های خود به خودی تشکیل هسته در آزمایش رسوب شیمیایی کافی نیست و این تمایز بسیار اهمیت دارد زیرا حذف کلسیم به عنوان یکی از اهداف اصلی این پژوهش به شمار می آید .مقایسه این آزمایشات همچنین نشان می دهد که حذف کلسیم با مقدار کمی از NaOH در بستر شناور کریستالی به دست می آید و این به معنی هزینه کمتر برای تصفیه و فواید دیگری از جمله تولید حجم کمتری از مواد جامد ونیاز به تجهیزات کوچکتر در این آزمایش است.
شکل 3: مقایسه کلسیم باقی مانده در بستر شناور کریستالی و رسوب شیمیایی باNaOH
2.1.4ارتباط بین حذف کلسیم و حذف باریم
بین حذف کلسیم و حذف باریم یک همبستگی وجود دارد که در شکل 4 و جدول 2 نشان داده شده است در این شکل غلظت های باریم حذف شده در مقابل غلظت های کلسیم حذف شده برای آزمایش بستر شناور کریستالی رسم شده است
